ملخصات الأبحاث

أكسدة هيدروكسيد الحديد المرتكز على البلاتين لأول أكسيد الكربون في وقود الهيدروجين 

.L. Cao et al

  • Published online:

تُعَد خلايا وقود غشاء التبادل البروتوني - وتُعرف اختصارًا بـ(PEMFCs) - أحد مصادر الطاقة المستقبلية الواعدة للاستخدام في المركبات، والتطبيقات الأخرى، في ظل تركيز جهود التطوير المبذولة على تحسين نظام التحفيز في خلية الوقود. بيد أن إحدى الصعوبات التي تواجه تلك الجهود تكمن في تعطُّل الحافز بواسطة الشوائب الغازيًة؛ مثل أول أكسيد الكربون (CO)، الذي يشكل عادةً حوالي 1% من الوقود الهيدروجيني.

يتمثل أحد الحلول المطروحة في نظام مدمج لتنقية الهيدروجين، ينطوي على أكسدة تفضيلية (PROX) لأول أكسيد الكربون في الهيدروجين، إلا أن هذا النهج مليء بالصعوبات، لأنه يشترط أن يكون الحافز نشطًا، وانتقائيًّا لأكسدة أول أكسيد الكربون عبر نطاق كبير من درجات الحرارة المنخفضة؛ حتى يتم التخلص من أول أكسيد الكربون بكفاءة (إلى ما دون 50 جزءًا في المليون)، أثناء التشغيل المستمر لخلية وقود غشاء التبادل البروتوني (عند درجة حرارة تقارب 353 كلفنًا)، وفي حالة خلايا وقود السيارات، أثناء فترات التشغيل البارد المتكررة.

يوضح الباحثون، في البحث المنشور، أن هيدروكسيد الحديد المنتشر بمقياس ذري، والمرسب انتقائيًّا على جسيمات نانوية من البلاتين (Pt) المدعم بالسيليكا، يتيح التخلص التام، والانتقائي بنسبة 100 في المئة من أول أكسيد الكربون، من خلال تفاعل PROX، عبر نطاق واسع من درجات حرارة، يتراوح من 198 إلى 380 كلفنًا. ووجد الباحثون أن النشاط المحدد بالكتلة لهذا النظام أعلى بحوالي 30 مرة، مقارنة بنظيره في المحفزات الأكثر تقليدية، المكوَّنة من بلاتين مُرتكز على دعامات من أكسيد الحديد. وكشفت قياسات امتصاص البِنَى الدقيقة - داخل الموقع -  للأشعة السينية أن معظم هيدروكسيد الحديد يُوجَد على هيئة عناقيد من Fe(OH)x، مرتكزة على جسيمات نانوية من البلاتين، حيث تشير حسابات النظرية الوظيفية للكثافة إلى أن المواقع بين السطحية المفردة في الجزيء Fe(OH)x–Pt يمكنها أن تتفاعل بسهولة مع أول أكسيد الكربون، وتيسِّر تنشيط الأكسجين.

تشير هذه النتائج إلى أنه بجانب الاستراتيجيات التي تستهدف الجسيمات النانوية من الفلزات النفيسة المرتكزة على الأكسيد، أو ذرات الفلزات المعزولة، فإنّ ترسيب مركّبات الفلزات الانتقالية المعزولة يتيح طرقًا جديدة لتصميم حوافز فلزية شديدة النشاط.